在今年這個寒冬，全國很多地區都體驗到了多年難得一遇的寒流，甚至很多城市的降雪都比往年要更大也更頻繁。有可能當你某天早上拉開窗簾時，就會看到一片積雪皚皚的世界，銀裝素裹，十分好看。

（圖片來自故宮博物院）

我們都知道，雪的主要成分其實就是水。可是，水明明是透明的，為什麼變成雪就是白色的了？如果說是固體和液體之間有區别的話，同樣是水的海洋，為什麼卻呈現出藍色呢？

首先我們要搞清楚，什麼是顔色。實際上，我們能夠看到的五彩斑斓的顔色，其實都是對不同波長的電磁波的區分。可見光是電磁波的一部分，其中波長從長到短依次是赤橙黃綠藍靛紫，更長的是紅外線，更短的是紫外線。波的頻率和波長成反比，因此如果是頻率排序，就是反過來的。

（圖片說明：可見光隻占電磁波很窄的一部分）

而我們生活中看到的大部分物體都不是本身就能發光的，因此它所呈現的顔色就取決于它反射的光或者是透射的光呈現出什麼顔色。

一般來說，我們看到的物體都是通過太陽光這樣的自然光來看的，而太陽光是全波段的，或者說是白色的所以每個波長的電磁波都會照射到物體上。當太陽光照射到物體上時，物體的性質決定了那種波長的光更容易被反射或者透射以及其他哪些波段被吸收，也就是決定了我們看到它是什麼顔色的。

如果一種物體能夠反射所有可見光波段的光，那它就會呈現出白色；如果隻能反射紅色波段的光，那我們看到的就是紅色；如果它吸收了所有波段的光，不産生任何反射，那麼就呈現出黑色了。

那麼，水為什麼是透明的呢？是因為它透過了所有的光嗎？顯然是不可能的，如果水真的能夠透過一切的光，那麼不論多深的江河湖海都應該能夠讓我們看到水底或者水中的一切生物，也不可能讓我們看到水面的波浪、漣漪和波光。

實際上，水也是可以吸收和反射一部分光的。隻不過，對于基本潔淨的水來說，投射的光要比反射的光多得多，所以我們基本看不見水反射的光，而隻能看見透射光。

當可見光射到水裡時，其能量就會激發水分子中的電子發生躍遷，來到更高的能級。當電子躍遷回基态的時候，也會釋放出光子來，而且它所攜帶的信息和之前與它相耦合的光子是一緻的，因此射進來的光除了少部分被吸收外，其他大部分都以其他的光子攜帶相同信息的方式射到我們眼中，所以看起來就是透明的。

好了，既然水是透明的，為何海水卻變成藍色的了？

目前最流行的說法認為，這是因為瑞利散射的作用所導緻的。也就是說，他們認為海水呈現藍色和天空呈現藍色是同樣的原因。

另外，也有科學家提出了不同的看法。他們認為，水分子的特性使得它更容易吸收紅色、橙色這樣波長比較長的電磁波，而藍色和紫色的光被吸收得比較少。從這個角度來說，水其實就是藍色的，隻不過平時我們看到的水量很少，體現不出來。如果你家有浴缸，把水裝滿，也會發現呈現出微弱的藍色。至于海水，深度絕對沒問題，看起來就是深藍色了。

當然，海水也并非全都是藍色的，比如我國黃海，由于泥沙非常多，所以呈現出黃色。另外，世界上還有紅海和黑海，它們其實也是藍色的，至于它們為何叫紅海和黑海，目前學術界也有争議。

說了這麼多，我們讨論的都是液态的水。那麼，當水變成固态，也就是雪，怎麼就變成白色了？

其實，這和其微觀結構有關。

想象一下，如果你的面前有一塊擦得锃亮的玻璃，你會看到它是透明的顔色，甚至可能看不出它的存在，比如我就曾經因為家裡全玻璃的門擦得太幹淨撞了上去……

不過，一旦玻璃破碎，而且是碎成粉末的程度，你就會發現這種粉碎的玻璃渣呈現出白色。上過初中的朋友就會知道，玻璃的破碎是一個物理變化的過程，并沒有發生化學變化，也就是沒有新的物質生成。那麼，既然是同一種物質，為什麼作為整體就是透明的，碎成粉末就變成白色了？

這就是加州理工學院物理學教授Kenneth Libbrecht做的一個比喻，他接下來向我們解釋：作為整體的時候，玻璃隻有一個平面。但是，當它被砸成粉末的時候，這些玻璃渣就會被砸成不規則形狀，擁有許多不平整的表面。于是，光在照射過來時就會發生大量的反射，然後疊加在一起，就呈現出白色了。

同樣的，雪也是因為這個原因呈現出白色的。衆所周知，雪在微觀上是呈現出雪花形狀的，同樣不止有一個平面。因此，照射在雪花表面的光就會經過多次反射和疊加，将所有波段的光都反射到我們眼中，所以看起來就是白色的了。

同樣的原理，我們也可以解釋透明的海水為何掀起浪花就變成白色了。這是因為浪花中有許許多多微小的氣泡，光線在内部反複反射和折射，最終疊加起來反射到我們眼中，于是就變成白色了。

你以為這就完了嗎？

并不會。同樣是雪，也會呈現出不同的顔色。除了因為夾雜着一些雜志而出現的彩色雪之外，我們還會發現，有一些雪山或者冰山會呈現出淡藍色，這又是為什麼呢？

（圖片說明：慣性思維可能會讓你覺得雪山是白色的，但是仔細看，是不是呈現淡藍色？）

其實這個原理和海水呈藍色也是一樣的原理，這是因為這些雪山或者冰山有很多微小的縫隙，我們肉眼看得并不明顯，但足夠讓陽光照射進來。在這種情況下，光線在雪山或者冰山大量的縫隙中反複穿梭，而其中紅色和橙色等波長較長的光被吸收，因此反射到我們眼睛中的藍色較多，就呈現淡藍色了。一般來說，至少要有厚度超過0.3米以上的雪或冰，才有可能看出藍色來。

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